background image

 

1

Ć

wiczenie 4. Ocena efektywności oczyszczania ścieków w modelowym 

systemie „złoża biologicznego”

  

 

1.

 

Wprowadzenie  

Złoża  biologiczne  są  urządzeniami  służącymi  do  biologicznego  oczyszczania  ścieków 

w warunkach  tlenowych,  anoksycznych,  bądź  beztlenowych.  W  niniejszym  opracowaniu 
omówione zostały złoża pracujące w warunkach tlenowych.  

W budowie złoża biologicznego można wyróżnić: 

 

warstwę wypełnienia, 

 

ś

cianę lub siatkę boczną otaczającą warstwę wypełnienia,  

 

konstrukcję stanowiącą dno i podtrzymującą wypełnienie, 

 

instalacje: doprowadzające oraz odprowadzające ścieki oczyszczone, 

 

systemy zapewniające natlenienie ścieków. 

Model złoża biologicznego przedstawia rysunek 1. 

 

 
Rys.  1.  Przekrój  przez  złoże  biologiczne:  1-  instalacja  rozprowadzająca  ścieki,  2- 

wypełnienie,  3-  ściana  boczna,  4-  odprowadzenie  ścieków,  5-  ruszt,  6-  otwory 
wentylacyjne, 7- kanał odprowadzający ścieki, 8- odpływ ścieków 

 

Oczyszczanie  na  złożu  biologicznym  jest  naśladownictwem  i  intensyfikacją  procesów 

samooczyszczania  zachodzących  głównie  w  środowisku  w  glebowym.  Oczyszczanie  polega 
na  przepuszczaniu  ścieków  przez  warstwę  wypełnienia,  na  którym  rozwinęły  się 
mikroorganizmy,  tworząc  śluzowatą  otoczkę,  zwaną  błoną  biologiczną.  Pokrywająca 
wypełnienie błona biologiczna, w której panują warunki tlenowe, jest grubości 2 - 3 mm. Do 
głębszych  warstw  błony  rozwijającej  się  na  wypełnieniu  dyfuzja  tlenu  jest  już  ograniczona. 
Mikroorganizmy  zasiedlające  błonę  tworzą  zgodnie  z  kierunkiem  przepływu  ścieków, 
charakterystyczne dla systemu saprobów strefy poli-, 

α

-mezo- i 

β

-mezosaprobowe.  

Oczyszczanie  ścieków  opiera  się  na  wielu  procesach  fizycznych,  chemicznych  i 

biochemicznych.  W  wyniku  tych  procesów  usuwane  są  ze  ścieków  zanieczyszczenia  w 
postaci stałej, koloidalnej i rozpuszczonej. Najważniejsze z nich to adsorpcja i biokoagulacja, 
a  następnie  biochemiczne  utlenianie  substratu  organicznego.  W  pierwszej  fazie  procesu 
zatrzymane  na  powierzchni  błony  biologicznej  zanieczyszczenia  są  tak  przekształcane,  aby 
jako  produkty  enzymatycznej  hydrolizy  organicznego  substratu  mogły  wnikać  do  komórek 
mikroorganizmów.  W  drugiej  fazie  procesu  przekształcone  drobiny  ulegają  dalszym 
przemianom  już  w  komórkach  mikroorganizmów.  Zaś  w  trzeciej  fazie  część  z  tego 

background image

 

2

przekształconego  substratu  ulega  bezpośredniemu  biochemicznemu  utlenieniu,  a  pozostała 
jest  asymilowana  w  postaci  biomasy,  z  której  z  kolei  pewna  część  ulega  autooksydacji. 
Usuwanie  z  błony  produktów  metabolizmu  mikroorganizmów  następuje  w  procesie  dyfuzji 
do  ścieków  i  powietrza  lub  przez  wypłukiwanie  wraz  z  obumarłą  i  nadmierną  błoną 
biologiczną. 

Warunkiem prowadzenia procesu na złożach biologicznych jest: 

 

posiadanie złoża zasiedlonego odpowiednią mikroflorą, 

 

doprowadzenie  substratu  organicznego  pozbawionego  substancji  hamujących 

wzrost mikroorganizmów, 

 

zapewnienie odpowiedniego stosunku pomiędzy ilością substratu a 

zapotrzebowaniem mikroorganizmów na substancje odżywcze, zapewnienie 
odpowiednich warunków tlenowych 

 
Złoża  tarczowe  (ZT)
  są  szczególnym  rodzajem  złóż  biologicznych.  Konstruowane  są  w 
formie tarcz zamontowanych na wspólnej osi poziomej. Podczas zanurzania następuje kontakt 
błony  biologicznej  ze  ściekami,  a  podczas  wynurzania  natlenianie  błony.  Obecnie  złoża 
tarczowe są wykonywane najczęściej z tworzyw sztucznych, pojedyncze tarcze w systemach 
oczyszczania  posiadają  średnicę  do  4  m  i  długość  wału  obrotowego  do  8  m.  Obciążenie 
hydrauliczne dla złóż obrotowych zależy od ich przeznaczenia, czy służą do usuwania węgla 
organicznego czy nitryfikacji. Schemat modelowego złoża tarczowego przedstawia rysunek 2. 
 

Dopływ

Odpływ

tarcze

Z

Z

ł

ł

o

o

ż

ż

e tarczowe

e tarczowe

 

 
Rys. 2. Schemat modelowego złoża tarczowego: 1-wypełnienie, 2-silnik elektryczny, 
3-zbiornik 
 
Ostatnio prowadzi się również badania nad wykorzystaniem ZT do prowadzenia biologicznej 
denitryfikacji  (redukcje  powstałych  azotynów  i  azotanów  do  azotu  gazowego  N

2

).  W  celu 

zintensyfikowania  procesu  denitryfikacji  stosuje  się  tzw.  zewnętrzne  źródło  węgla 
organicznego,  którym  może  być  metanol,  kwas  octowy  lub  niektóre  ścieki  z  przemysłu 
spożywczego (mleczarskiego, gorzelniczego).  
Na  pracę  złóż  biologicznych  mają  wpływ  zarówno  rodzaj,  jak  i  stężenie  zanieczyszczeń. 
Rodzaj doprowadzanych zanieczyszczeń istotny jest ze względu na możliwość występowania 
substancji wykazujących działanie toksyczne. Również temperatura i odczyn mogą wpływać 
na  proces  biologicznego  oczyszczania.  Trudno  rozkładalne  związki  organiczne  wymagają 
dłuższego  czasu  kontaktu  z  błoną  biologiczną,  co  uzyskiwane  jest  przez  zmniejszenie 

background image

 

3

obciążenia, 

zwiększenie 

wysokości 

złoża, 

recyrkulację 

czy 

zastosowanie 

złóż 

wielostopniowych. 

Obciążenie hydrauliczne 

Obciążenie hydrauliczne O

h

 wyraża ilość ścieków przypadającą na jednostkę powierzchni lub 

objętości w jednostce czasu.  

]

/

[

    

2

3

d

m

m

F

Q

O

H

=

  gdzie: F – łączna powierzchnia tarcz, m

2

Obciążenie hydrauliczne, obok rodzaju wypełnienia oraz wysokości złoża, decyduje o czasie 
kontaktu  składników  ścieków  z  błoną  biologiczną.  Przy  niezmiennych  pozostałych 
parametrach  pracy  złóż  efekt  oczyszczania  zależeć  będzie  od  stosowanego  obciążenia 
hydraulicznego. Odpowiednio dobrane obciążenie hydrauliczne nie dopuszcza do zarastania, 
a przez  to  do  pogorszenia  pracy  złoża.  Spotykane  obciążenia  hydrauliczne  mieszczą  się 
w przedziale 0,04 -5,0 m

3

/m

2

h. 

Obciążenie złoża ładunkiem zanieczyszczeń  

Obciążenie złoża ładunkiem zanieczyszczeń (substratowe) O

v

 wyraża ładunek zanieczyszczeń 

wyrażony w g/d lub w kg BZT

5

/d przypadający na jednostkę objętości złoża.   

 

 

O

v

 [gBZT

5

/m

3

d] 

 
Z teorii pracy złóż wynika, że dla każdego złoża istnieje pewien optymalny zakres obciążeń 
ładunkiem zanieczyszczeń, przy zachowaniu stałego obciążenia hydraulicznego, zapewniając 
zachowanie  tlenowych  warunków  w  błonie  biologicznej.  Po  przekroczeniu  obciążenia 
krytycznego obok strefy tlenowej pojawia się również strefa beztlenowa, która przy dalszym 
wzroście  obciążenia  zaczyna  dominować,  tak  że  w  złożu  zachodzą  wyłącznie  procesy 
beztlenowe.  Każde  przejście  z  jednej  strefy  do  drugiej  wiąże  się  ze  spadkiem  efektywności 
pracy  złoża,  jakkolwiek  w  obrębie  danej  strefy  sprawność  oczyszczania  jest  zbliżona  i 
niezależna  od  obciążenia.  Najczęściej  spotykane  obciążenia  substratowe  mieszczą  się  w 
przedziale 225-8000 gBZT

5

/m

3

d. 

 
Obciążenie ładunkiem zanieczyszczeń powierzchni tarcz A

F

 

]

/

[

    

2

5

d

m

gBZT

F

Q

C

A

O

F

=

 gdzie: C

0

 – stężenie BZT

 w dopływających ściekach. 

 

2. Cel ćwiczenia 

 

Celem  ćwiczenia  jest  zapoznanie  się  z  budową  i  zasadą  działania  modelowego  złoża 
tarczowego oraz wyznaczenie parametrów pracy tego systemu. 

 

3.Wykonanie ćwiczenia 

Zapoznać się z modelowym złożem tarczowym.  

 

background image

 

4

Grupa studencka dzieli się na zespoły 4-5 osobowe, z których każdy będzie wykonywał dane 
oznaczenia zanieczyszczeń w dopływających ściekach jak również w ściekach odpływających 
z systemu. 

Tabela 1. Zakres i metody oznaczeń 

Oznaczenie 

Metoda oznaczenia 

Szybkość  dopływu  ścieków 
surowych  

 Ustalić  intensywność  dopływu  ścieków  na  złoże  (pobierając  ścieki 
surowe do cylindra miarowego o pojemności 100 cm

3

 w ciągu 15 minut).  

 

Pomiar powierzchni tarcz ZT, miara   

pH 

Papierek lakmusowy Merck, lub pH- metr 

ChZT 

standardowa metoda dwuchromianowa 

Azot amonowy 

metoda kolorymetryczna (z wersenianem sodowym i odczynnikiem 
Nesslera) SPEKOL 11 firmy Carl Zeiss Jena lub spectrophotometr S106 

Azot azotynowy 

metoda kolorymetryczna (z kwasem sulfanilowym i alfanaftyloaminą)  

SPEKOL 11 firmy Carl Zeiss Jena lub spectrophotometr S106 

Azot azotanowy 

metoda kolorymetryczna, SPEKOL 11 firmy Carl Zeiss Jena 
spectrophotometr S106 

Fosforany 

metoda kolorymetryczna (z kwasem askorbinowym i odczynnikiem 
mieszanym) spectrophotometr S106 

Pobrane próbki przefiltrować na filtrze twardym w celu usunięcia zawiesin. W filtracie należy 
oznaczyć zanieczyszczenia wg. metodyki podanej w Tabeli 1. 

 

UWAGI! 

 Do każdego oznaczenie należy przygotować  próbkę referencyjna tzw; „ślepa” na wodzie 
destylowanej. 



Wyniki analiz zespołów studenckich należy zebrać tabeli 2. 

 

Tabela 2 Wybrane wskaźniki ścieków surowych i oczyszczonych 

Oznaczenia 

Jednostki 

Ś

cieki 

surowe 

Ś

cieki 

oczyszczo

ne 

Stopień 

usunięcia 

[%] 

Norma 

ChZT  

 [mgO

2

/dm

3

 

 

 

 

Azot amonowy  

[mgN-NH

4

+

/dm

3

 

 

 

 

Azot azotynowy 

[mgN-NO

2

-

/dm

3

 

 

 

Azot azotanowy 

[mgN-NO

3

-

/dm

3

 

 

 

Fosfor 

[mg P/dm

3

 

 

 

 

*BZT

5

 

[mgO

2

/dm

3

 

 

 

 

*Biochemiczne  Zapotrzebowanie  na  Tlen  (frakcja  zw.  organicznych  rozkładalna  biologicznie)  dla  ścieków 
surowych przyjąć BZT

5

= 0.8 ChZT, dla ścieków oczyszczonych przyjąć BZT

5

= 0.1 ChZT 

 














 








background image

 

5

 
Dodatkowo,  na  podstawie  otrzymanych  wyników  analiz  oraz  pomiarów  należy  obliczyć 
wybrane parametry technologiczne modelowego systemu zebrane w tabeli 3  

 

Tabela 3. Parametry technologiczne modelowego systemu 

Parametr 

Jednostki 

Wartość 

obliczona 

Wartość 

literaturowa 

Nazwa systemu 

Objętość całkowita 

systemu ZT 

[m

3

 

 

 

Intensywność dopływu 

ś

cieków 

[m

3

/d] 

 

Obciążenie hydrauliczne 

reaktora ZT 

[m

3

/m

3

*h] 

 

Obciążenie złoża 

ładunkiem 

zanieczyszczeń  

[g BZT

5

/m

3

*d] 

 

 

 

Obciążenie ładunkiem 

zanieczyszczeń 

powierzchni tarcz 

[g BZT

5

/m

2

*d] 

 

 

 

Czas zatrzymania w 

reaktorze ZT 

 [h] 

 

 

 

 
 

4.Opracowanie wyników  

Sekcje 4-5 osobowe opracowują wyniki na podstawie parametrów zebranych w Tabela 2 i 3. 

4.1  Dokonaj  oceny  efektywności  biologicznego  oczyszczania  ścieków  (usuwania 

zanieczyszczeń organicznych ChZT,  BZT

5

 oraz  N i P) w modelowym systemie w oparciu o 

dane literaturowe [1].  

4.2.  Przeprowadź  dyskusję  wyników  zmian  zanieczyszczeń  w  ze  zwróceniem  uwagi  na 

procesy biologiczne tam zachodzące (nitryfikacja, usuwanie związków organicznych) 

4.3.  Przeprowadź  dyskusję  wyznaczonych  parametrów  technologicznych  porównując  je  z 

danymi  literaturowymi  (załącznik  1).  W  zależności  od  obciążenia  hydraulicznego  dokonaj 

klasyfikacji złóż.  

5. Literatura  

 
1. „Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 (Dz.U.06.137.984.)  w sprawie 
warunków,  jakie  należy  spełnić  przy  wprowadzaniu  ścieków  do  wód  lub  do  ziemi  oraz  w 
sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego. 
2.  „Biotechnologia  ścieków”  -  praca  zbiorowa  pod  redakcją  Korneliusza  Mikscha; 
wydawnictwo Politechniki Śląskiej; Gliwice 2000 r.  

 

background image

 

6

3.„Poradnik  eksploatatora  oczyszczalni  ścieków”  –  praca  zbiorowa  pod  redakcją  Z. 
Dymaczewskiego, J. Oleszkiewicza, M Sozańskiego ; Poznań 1997 r. 

 
 
6. Pytania kontrolne: 

1.

 

Na czym polega oczyszczanie ścieków w systemach złoż biologicznych? 

2.

 

Jaki wpływ ma pH i temperatury na proces oczyszczania?  

3.

 

Jakie charakterystyczne strefy „saprobów” można zauważyć zgodnie z kierunkiem 

przepływu ścieków na złożach biologicznych?  

4.

 

Wymień różnice między oczyszczaniem metodą osadu czynnego a metodami złóż 

biologicznych. 

5.

 

Opisz sposób pobierania pokarmu i tlenu przez mikroorganizmy immobolizowane na 

suporcie złoża tarczowego. 

6.

 

Co to jest błona biologiczna?  

7.

 

Dlaczego w procesach biologicznego oczyszczania ścieków miejskich wykorzystuje się 

zawsze mieszane populacje mikroorganizmów? 

8.

 

Na czym polega proces denitryfikacji? 

 

7. Uwagi dodatkowe  

 

Zaliczenie ćwiczenia: 

 

Sekcje 4-5 osobowe przygotowują 1 sprawozdanie (instrukcja punkt  4)

 

 

 

 

UWAGA! 

 

Terminy obron do 2 tygodni od daty wykonanego ćwiczenia!!!  

 
 
 
 
 
 
 
 

 

background image

 

7

 
 
 
 
 
 

Załącznik 1 

 
Zestawienie  stosowanych  obciążeń,  wysokości  i  efektów  oczyszczania  nazłożach 
biologicznych 
 

 

Rodzaj złoża 

  

Obciążenie 

substratowe 
[BZT

5

/m

3

d] 

Obciążenie 

hydrauliczne 

[m

3

/m

2

h] 

Efekty 

oczyszczania  

[%] 

 

Złoże niskoobciążone 

(konwencjonalne) 

 

 
 

400 

 
 

0,04-0,144 

 
 

85-90 

 

Złoże średnio obciążone 

 

 

640 

 

0,222 

 

80-85 

 

Złoże wysoko obciążone 

 

 

640-1600 

 

1,08-1,44 

 

75-80